DE102012104462A1

DE102012104462A1 - Mehrwandiger Zylinder zur thermischen und/oder mechanischen Behandlung von Materialbahnen

Info

Publication number: DE102012104462A1
Application number: DE102012104462A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Wiertz; Wolfgang Mark; Volkhard Niebuhr
Original assignee: Gapcon GmbH
Current assignee: GAPCON S.R.L., IT
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2013-11-28
Also published as: WO2013174880A1; EP2867408A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen mehrwandigen Zylinder zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von flächigen Materialbahnen mit wenigstens einem rotierbaren Zylinder, insbesondere einem Yankee-Zylinder, welcher einen Außenmantel mit einer temperierbaren Oberfläche und einen Innenmantel aufweist, wobei unterhalb der temperierbaren Oberfläche Strömungskanäle angeordnet sind, in welchen ein Wärmemedium geführt werden kann. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder einen Verbindungsbereich zwischen der Innenseite des Außenmantels und der Außenseite des Innenmantels aufweist, welcher den Außenmantel und den Innenmantel stoffschlüssig fixiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen mehrwandigen Zylinder zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von flächigen Materialbahnen und ein Verfahren zur Herstellung des mehrwandigen Zylinders. Ferner betrifft die Erfindung auch die Verwendung eines mehrwandigen Zylinders zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von Tissue, Papier, Pappe und/oder Karton und bevorzugt zur Herstellung von Tissue und/oder wenigstens einseitig glattem Papier, Pappe und/oder Karton.
Im Stand der Technik sind Zylinder zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von flächigen Materialbahnen bekannt, welche beispielsweise in der Textil-, Vliesstoff-, Papier-, Karton- oder Tissue-Herstellung eingesetzt werden. Die Zylinder werden vorzugsweise als einwandige Zylinder eingesetzt. Insbesondere bei temperierten Walzen sind im Heizbereich einwandige Konstruktionen üblich. Im Tissue-Bereich sind als Tockenzylinder insbesondere Yankee-Zylinder mit großen Durchmessern und Baudimensionen bekannt.
Yankee-Zylinder werden meist von innen dampfbeheizt, trocknen eine aufgebrachte Materialbahn und übertragen bei Papier, Pappe oder Karton ihre meist sehr glatte Oberfläche auf die Materialbahn. In der Tissueherstellung kommen ein oder mehrere Schaber oder Kreppschaber zum Einsatz, welche die Papierbahn von der Zylinderoberfläche lösen und ggf. eine Kreppung der Papierbahn bewirken. Die auf die Zylinderoberfläche aufgeführte Materialbahn kann zusätzlich mit Heißluft, Wasserdampf und/oder Strahlungsenergie wie beispielsweise Wärme-, Infrarotstrahlung, etc. erwärmt bzw. getrocknet werden. Die Installation einer über dem Yankee-Zylinder angeordneten Haube dient der Aufnahme der vorgenannten Trocknungsmittel und Methoden, der Unterstützung des Trocknungsprozesses und der Abgrenzung zur Umgebung, damit Verluste minimiert werden, die Trockenleistung gesteigert und entstehende Emissionen wie beispielsweise Dämpfe von Wasser oder Lösungsmittel abgeführt werden.
Aus fertigungstechnischen, logistischen, technologischen und wirtschaftlichen Gründen ist es vorteilhaft die Baugrößen und insbesondere das Gewicht von Yankee-Zylindern zu verringern und beispielsweise durch eine verbesserte Nutzung thermischer Energie Kosten einzusparen und Produktionsgeschwindigkeiten zu steigern.
Vor diesem Hintergrund hat es die vorliegende Erfindung zur Aufgabe einen mehrwandigen Zylinder und ein Verfahren zu dessen Herstellung zur Verfügung zu stellen, welcher die im Stand der Technik bekannten Nachteile wenigstens teilweise überwindet.
Die vorstehende Aufgabe wird durch einen mehrwandigen Zylinder, wie er mit Anspruch 1 beansprucht wird, gelöst. Auch das Verfahren zur Herstellung des mehrwandigen Zylinders gemäß Anspruch 20 löst die vorgenannte Aufgabe, wobei bevorzugte Ausgestaltungsformen der Erfindung Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche sind.
Entsprechend Anspruch 1 weist der erfindungsgemäße mehrwandige Zylinder mit beispielsweise einem Außendurchmesser von vorzugsweise größer 3 m, zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von flächigen Materialbahnen einen Außenmantel mit einer temperierbaren Oberfläche und einen Innenmantel auf, wobei die Innenseite des Außenmantels und die Außenseite des inneren Mantels über einen Verbindungsbereich stoff-, kraft- und/oder formschlüssig miteinander fixiert sind.
Unter mehrwandigem Zylinder im Sinne der vorliegenden Erfindung wird ein rotierbarer Zylinder verstanden, welcher schichtweise aus mehreren (wenigstens zwei) Wandungen aufgebaut ist. Die Wandungen sind vorzugsweise zentrisch um die Rotationsachse des Zylinders angeordnet. Bei einer schichtweisen Betrachtung von der äußeren Wandung hin zur Zylindermitte wird die äußerste Wandung als Außenmantel und die innere Wandung als Innenmantel bezeichnet. Außen- und Innenmantel sind an ihren zugewandten Seiten miteinander wenigstens stoffschlüssig verbunden, können aber auch kraftschlüssig, z. B. reibschlüssig und/oder formschlüssig ggf. über eine oder mehrere Schichten miteinander verbunden sein. Der Bereich zwischen der Innenseite des Außenmantels und der Außenseite des Innenmantels wird als Verbindungsbereich bezeichnet. Der Verbindungsbereich fixiert den Außenmantel und den Innenmantel miteinander, wobei gemäß einer bevorzugten Ausführungsform auch der Verbindungsbereich direkt in den Innenmantel übergeht bzw. mit diesem einstückig ausgebildet ist und somit eine Einheit bildet.
Dabei ist auch zu berücksichtigen, dass es gemäß der vorliegenden Erfindung nicht notwendig, dass der Innenmantel ein vollflächiger zylinderförmiger Mantel sein muss, sondern dass dieser lediglich entsprechende Abschnitte eines solchen Mantels bildet, Ausnehmungen, Aussparungen und/oder nur Bereiche von einem Zylindermantel aufweist und dass der Innenmantel auch aus einzelnen Bauteilen, wie Blechen, Streifen oder Profilen, welche nicht zwingend direkt miteinander verbunden werden müssen, gebildet wird. Darüberhinaus kann insbesondere der Innenmantel auch aus Rohrbündeln gebildet werden, welche auch die Strömungskanäle bereitstellen.
Die kraftschlüssige Fixierung kann beispielsweise durch Schrumpfen bzw. Aufschrumpfen erfolgen. Aufschrumpfen ist ein technisches Verfahren zum kraftschlüssigen Verbinden zweier Bauteile, dem das Prinzip der Wärmeausdehnung zugrunde liegt. Bei diesem Verfahren weisen die miteinander zu verbindenden Elemente wie beispielsweise Außenmantel und Innenmantel eine Übermaßpassung auf. Somit können unter Normaltemperaturbedingungen beide Elemente nicht oder nur unter großer Krafteinwirkung miteinander verbunden werden. Beim Aufschrumpfen wird das aufzuschrumpfende Element wie beispielsweise der Außenmantel hinsichtlich seiner materialspezifischen Temperaturbedingungen so erwärmt, dass dieser sich soweit ausdehnt, dass er auf das zu umschließende Bauteil wie beispielsweise den Innenmantel aufgezogen werden kann. Beim Abkühlen schrumpft der Außenmantel wieder und presst sich gegen den Innenmantel. Dabei bildet sich durch Reibschluss eine Verbindung aus. Das umgekehrte Verfahren, bei dem beispielsweise der Innenmantel durch Kühlung schrumpft und in den Außenmantel passt ist das sogenannte Kaltdehnen. Beide Verfahren können auch miteinander kombiniert werden.
Stoffschlüssige Fixierungen bzw. Verbindungen sind Fügeverfahren wie Vergießen, Kleben, Löten und Schweißen. Das Vergießen ist ein Fügeverfahren bei dem Fügeteile mittels Vergussmassen stoffschlüssig verbunden werden. Beim Kleben verbindet der Klebstoff die Bauteile. Eingesetzte Klebstoffe können kalt oder warm aushärtend sein. Gegebenenfalls kann beim Vergießen die formbildende Schalung als Innenmantel verbleiben oder wieder entfernt werden, so dass die Vergussmasse selbst den Innenmantel bildet. Beim Löten dient das Lot als Verbindungsmaterial, welches meist eine leicht schmelzbare Metalllegierung ist, zur metallischen Verbindung von zwei metallischen Bauteilen. Unter Schweißen wird das unlösbare Verbinden von Bauteilen unter Anwendung von Wärme und/oder Druck verstanden. Ein Beispiel ist das Schmelzschweißen, bei welchem die zu verbindenden Werkstoffe bis zu deren Verflüssigung erhitzt werden und sich vermischen, so dass sie nach dem Erstarren fest miteinander verbunden sind.
Weitere stoffschlüssige Verbindungsmöglichkeiten sind Vulkanisieren und Sintern. Unter Vulkanisieren im Sinne der vorliegenden Erfindung wird die Vernetzung beispielsweise von Kautschuken oder Silikonkautschuken verstanden, welche beispielsweise den Außenmantel mit dem Innenmantel verbinden oder selbst den Innenmantel bilden können. Beim Sintern werden Stoffe, meist unter erhöhtem Druck, auf Temperaturen nahe deren Schmelztemperaturen erhitzt und diese somit miteinander verbunden.
Die Verfahren zum Herstellen der Verbindung können auch Kombinationen obiger Verbindungstechniken sein. Beispielsweise können Vergussmassen und Schrumpfsitz miteinander kombiniert werden. Eine Erwärmung des Außenmantels führt zur Ausbildung eines Temperaturgradienten. Die in den Verbindungsspalt unter Überdruck eingefügte Vergussmasse härtet unter einem Temperaturgradienten analog den Betriebsbedingungen auf einem höheren Temperaturniveau aus. Dadurch werden in die Vergussmasse nach Härtung und Abkühlung Druckeigenspannungen eingebracht.
Unter Fixierung im Sinne der vorliegenden Erfindung wird wenigstens eine stoffschlüssige Fixierung der Innenseite des Außenmantels eines Zylinders mit der Außenseite des Innenmantels eines Zylinders mittels eines Verbindungsbereiches verstanden. Der Verbindungsbereich kann gemäß der vorstehend aufgeführten Verfahren mit einem Verbindungsmaterial wie mineralische Vergussmassen, kunststoffbasierte Vergussmassen, Klebstoffe, Lote und/oder Polymerverbindungen gefüllt sein und/oder auch Armierungselemente wie Fasern, Bewehrungen und Verbindungselemente wie beispielsweise Verbindungssteifen, Schweißraupen, Kopfbolzen, Stege, Lamellen, Stifte, Nägel, etc. enthalten. Die Verbindungselemente können auf der Innenseite des Außenmantels und/oder der Außenseite des Innenmantels angeordnet sein. Zudem kann bei schlechter und/oder unmöglicher Zugänglichkeit zu dem Verbindungsbereich der Außen-, vorzugsweise aber der Innenmantel Aussparungen aufweisen über welche die Außenseite des Innenmantels mit der Innenseite des Außenmantels insbesondere durch Lochschweißen oder Punktschweißen verbunden wird. Auch durch Ausnehmungen und Erhebungen oder durch Oberflächenbearbeitung z. B. Sandstrahlen kann der Verbund zwischen der Außenseite des Innenmantels und der Innenseite des Außenmantels verbessert werden.
Vorteilhaft an einem Verbindungsbereich ist die Möglichkeit durch Wahl eines geeigneten Werkstoffs von niedriger thermischer Leitfähigkeit oder von hohem Wärmedurchgangswiderstand (z. B. ggf. gefüllte polymerbasierte, metallische oder mineralische Vergussmassen, Metallschäume) einen thermischen Isolationsbereich zwischen dem Außenmantel und dem Innenmantel zu schaffen und beispielweise mit Verbindungselementen, welche vorzugsweise in den Verbindungsbereich hineinragen, eine Fixierung zwischen Außenmantel und Innenmantel eines Zylinders zu verbessern.
Weiterhin vorteilhaft sind bei dem erfindungsgemäßen Zylinder beispielsweise höhere Festigkeits-, Steifigkeits- und Torsionseigenschaften, sowie verbesserte Rundlaufeigenschaften. Dadurch können beispielsweise leichtere Bauweisen ermöglicht werden und Antriebsenergieeinsparungen realisiert werden.
Unter Trocknung im Sinne der vorliegenden Erfindung wird die Erniedrigung des Feuchtegehaltes wie auch das Austragen von Flüssigkeiten und/oder Reaktionsprodukten einer Materialbahn durch thermische Behandlung verstanden.
Beispiele von Zylindern zur Trocknung sind beheizbare rotierbare Zylinder wie Trockenzylinder, Yankee-Zylinder, MG-Zylinder, etc. welche von innen mit einem Wärmemedium beaufschlagt werden.
Unter mechanischer Behandlung im Sinne der vorliegenden Erfindung wird einerseits die Interaktion zwischen der Zylinderoberfläche des Außenmantels und Materialbahn verstanden. Beispielweise kann eine glatte Zylinderoberfläche auf eine an der Zylinderoberfläche anliegende Materialbahn übertragen werden. Andererseits kann eine mechanische Behandlung in Verbindung mit der Zylinderoberfläche erfolgen, z. B. durch Abschaben, Kreppen, Abrollen von Gegenwalzen, Bändern oder anderen Warenbahnen, Andrücken, Komprimieren, Prägen und/oder Anblasen.
Unter Außenmantel aufweisend eine temperierbare Oberfläche im Sinne der vorliegenden Erfindung wird die äußere Oberfläche des Außenmantels eines mehrwandigen Zylinders verstanden, welche in Kontakt mit der Materialbahn kommt und wenigstens thermische Energie von einem Heiz- oder Kältemedium auf eine anliegende Materialbahn überträgt bzw. von dieser aufnimmt. Das Heiz- oder Kältemedium wird gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform durch unterhalb der temperierbaren Oberfläche angeordnete Strömungskanäle wie beispielsweise zur Innenseite des Zylinders hin verschlossene Kanäle oder Rillen, Leitungen, Kapillaren, Schläuche, etc. geführt. Dabei können gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform die Strömungskanäle wenigstens teilweise in dem Außenmantel oder Innenmantel oder an der inneren Oberfläche des Außenmantels bzw. der äußeren Oberfläche des Innenmantels angeordnet sein und sind vorzugsweise spiralförmig, radial, parallel radial, ringförmig und/oder achsparallel angeordnet. Ferner können die Strömungskanäle einen Strömungsquerschnitt aufweisen, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche quadratisch, dreieckig, vieleckig, elliptisch, kreisförmig, parabelförmig sowie Kombinationen hiervon umfasst.
Alternativ liegt es auch im Sinn der vorliegenden Erfindung, dass für die Strömungskanäle Rohre verwendet werden, die mit entsprechendem Radius gebogen werden und an einer vorgegebenen Position im Bereich der Innenseite des Außenmantels oder der Außenseite des Innenmantels, vorzugsweise stoffschlüssig wie z. B. durch Schweißen, angeordnet werden. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform können die Strömungskanäle auch als Rohbündel ausgeführt werden, welche beispielsweise selbst einen zylinderförmigen Grundkörper bilden und ferner teilweise oder ganz die Funktion eines Innenzylinders übernehmen.
Geht man von einem solchen Grundkörper aus, liegt es auch im Sinn der vorliegenden Erfindung, dass der Außenmantel direkt auf dem außen liegenden Bereich des Grundköpers angeordnet wird und/oder der Innenmantel durch die Verbindung der Rohrbündel unmittelbar und/oder in Kombination mit zusätzlichen Bauteilen wie Bändern, Steifen und/oder Profilen gebildet wird.
Es liegt auch im Sinn der vorliegenden Erfindung, dass der Innenmantel insbesondere in der Kombination mit Rohren oder Rohrbündeln, nicht als vollständiger bzw. homogener Zylinder ausgeführt ist, sondern nur Bereiche und/oder Zonen in Bezug auf die Innenseite des Zylinders abdeckt und hierbei insbesondere der bereichsweisen Verstärkung und/oder Stabilisierung des Zylinders dient. Hierbei liegt es insbesondere im Sinn der vorliegenden Erfindung, dass der Innenmantel beispielsweise in der Form von ein oder mehreren Ringsteifen, Axialsteifen, Spiralblechen, Blech- und/oder Profilstreifen, Rohrbündel-, Rohr- und/oder Hohlprofilkonstruktionen ausgeführt ist, welche/r bevorzugt wenigstens mit Teilen der Strömungskanälen oder der Innenwandung des Außenmantels verbunden ist.
Vorteilhaft bei dieser Anordnung der Strömungskanäle ist eine direkte Übertragungsmöglichkeit von thermischer Energie an die temperierbare Oberfläche. Weitere Wirkungsgradverbesserungen und Energieeinsparmöglichkeiten können durch Isolationswirkungen des Verbindungsbereiches erzielt werden. Ferner kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform die Wärmeleitfähigkeit des Außenmantels größer sein, als die Wärmeleitfähigkeit des Innenmantels. Hierdurch können Wärmeverluste, die in den Innenraum des Zylinders auftreten können, reduziert werden. Darüber hinaus liegt es im Sinn der vorliegenden Erfindung, dass entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, unterhalb der Strömungskanäle des Zylinders, d. h. im Querschnitt des Zylinders innerhalb des Radius der Strömungskanäle eine Isolierung angeordnet ist. Diese kann beispielsweise zylinderförmig ausgebildet sein und in den Innenraum des Zylinders eingebracht werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, kann die Isolierung auch teilweise in den Rillen und/oder Kanäle verfüllt sein und somit in Kombination oder für sich selbst die Abdeckung der innenseitigen Öffnungen der Ausnehmungen und/oder Nuten bilden.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Außenmantel eine äußere Zone auf, welche zwischen 1,5 mm und 72 mm, insbesondere zwischen 1,5 mm und 15 mm stark ist und wenigstens Teile der temperierbaren Oberfläche einschließt. Dies bedeutet, dass die Strömungskanäle, die unterhalb der temperierbaren Oberfläche angeordnet sind, wenigstens einen Abstand von dieser Oberfläche aufweisen, welcher vorzugsweise zwischen 1,5 mm und 72 mm bzw. zwischen 1,5 mm und 15 mm liegt. Hierdurch wird insbesondere sicher gestellt, dass die Festigkeitseigenschaften des Zylinders in Abhängigkeit des verwendeten Wärmemediums eingehalten werden können.
Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform des mehrwandigen Zylinders ist die temperierbare Oberfläche veredelt, vorzugsweise verchromt und/oder beschichtet.
Hierdurch kann eine bessere Wärmeübertragung auf eine anliegende Materialbahn erfolgen und es können besondere Oberflächeneffekte und -eigenschaften an der anliegenden Materialbahn wie beispielsweise Glätte, Glanz und Oberflächenstrukturen erzielt werden. Zudem kann mit einer veredelten temperierbaren Oberfläche das Ablöseverhalten der getrockneten Materialbahn und die Möglichkeit des Ansammelns von Ablagerungen verbessert werden.
Der Vorteil sind verbesserte Materialbahnparameter und -qualitäten, sowie reduzierte Maschinenstillstände wie beispielsweise Reinigungsstillstände.
Gemäß weiterer, besonders bevorzugten Ausführungsformen des mehrwandigen Zylinders sind die Strömungskanäle entweder wenigstens teilweise in dem Außenmantel oder an der inneren Oberfläche des Außenmantels des Zylinders angeordnet oder wenigstens teilweise in dem unter dem Außenmantel sich befindenden Mantel oder an der äußeren Oberfläche des unter dem Außenmantel sich befindenden Mantels des Zylinders angeordnet.
Der Vorteil einer Anordnung in Nähe der temperierbaren Oberfläche ist eine direkte Übertragung thermischer Energie an die temperierbare Oberfläche und auf eine anliegende Materialbahn, bzw. die Aufnahme und Abführung von thermischer Energie.
Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform des mehrwandigen Zylinders erfolgt die stoffschlüssige Fixierung mit einem Verfahren oder Material, welches aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Kleben, Vulkanisieren, Sintern, Löten, Schweißen, Punktschweißen, Verfüllen, Vergießen, Verpressen, mineralische Vergussmassen, kunststoffbasierte Vergussmassen, Klebstoffe, Lote und/oder Polymerverbindungen insbesondere mit Armierungselementen wie natürliche, metallische, mineralische und/oder Kunststoff basierte Fasern und/oder Bewehrungen und Kombinationen hiervon und dergleichen und insbesondere der Verbindungsbereich (4) zwischen der Innenseite des Außenmantels und der Außenseite des Trägermantels eine Polymerverbindung aufweist die aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche neben Copolyester weitere Materialien wie zum Beispiel duro- und thermoplastische Kunststoffe und insbesondere Polyphenylensulfid, Polypropylen, Poly-1-buten, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polymethyl-metaacrylat, Polyacrylnitril, Polystyrol, Polysulfon, Polyacetal, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat, Ionomere, Fluorkunststoff, Polyethylen, Polyamid, insbesondere ein teilaromatisches Polyamid, Polycarbonat, Polyester, Copolyester, Polyphenylenoxid, Polysulfon, Polyvinylacetal, Polyurethan, und chlorierter Polyether, Zellulosenitrat, Zelluloseacetat, Zelluloseether, Phenol-Harz, Harnstoff-Harz, Thioharnstoff-Harz, Melamin-Harz, Alkylharz, Allylharz, Silicon, Silikonkautschuk, Kautschuck, Polyimid, Polybenzimidazol, Epoxidharz, Casein-Kunststoff, Liquid Crystal Polymers (LCP), duroplastische Formmassen, vernetztes Polyurthan, Polyvinylchlorid, ungesättigtes Polyesterharz, faserverstärkte Kunststoffe, sowie Kombinationen hiervon und dergleichen oder Lot, Sintermaterial, sowie Kombinationen hiervon und dergleichen oder metallische, kunststoffbasierte oder mineralische Vergussmassen, Spritzguss geeignete Kunststoffe oder Vergussmassen sowie Kombinationen hiervon und dergleichen umfasst.
Der Zweck dieser Anordnung der Strömungskanäle ist es, eine gleichmäßige Verteilung bzw. Aufnahme der Wärmeenergie bei einem optimalen Wärmeübergang an die temperierbare Oberfläche des Zylinders zu ermöglichen. Entsprechend den Baukonstruktionen des Zylinders kann unter den angeführten beispielhaften Ausführungsformen gewählt bzw. kombiniert werden.
Vorteilhaft sind Energieeinsparungs- und verbesserte, wie beispielsweise schnellere Regelungsmöglichkeiten der thermischen Energiezufuhr und -verteilung.
Entsprechend einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können innerhalb der Strömungskanäle Elemente wie beispielsweise Turbulenzgeneratoren, Ableitbleche, Störelemente, Füllkörper wie zum Beispiel Raschig-Ringe, Kombinationen hiervon oder dergleichen verwendet werden, um insbesondere im Betrieb des Zylinders eine Entmischung des Wärmemediums im Strömungsquerschnitt zu vermeiden oder ihr wenigstens entgegenzuwirken. Aufgrund der im Zylinder wirkenden Zentrifugalbeschleunigungen und den daraus resultierenden Beschleunigungskräften können insbesondere im Betrieb bei hohen und sehr hohen Geschwindigkeiten (z. B. über 1500 m/min, ab 2000 m/min oder bei ca. 3000 m/min) Temperatur induzierte Dichteunterschiede je nach Wärmemedium zu ungünstigen Temperaturgradienten im Strömungsquerschnitt oder sogar zu einer Trennung des Wärmemediums führen, wobei die Anteile mit einer höheren Dichte (kälteres Wärmemedium) zur Zylinderaußenwand und die Anteile mit einer niedrigeren Dichte (wärmeres Wärmemedium) zur Zylinderinnenseite hin gedrängt werden. Diese Trennung kann durch die gezielte Anordnung von entsprechenden Elementen, welche zu einer Strömungsverlagerung des Wärmemediums im Strömungsquerschnitt führen, reduziert bzw. vermieden werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die temperierbare Oberfläche veredelt, vorzugsweise gehärtet, verchromt, die Oberflächenporen verschlossen, Plasma bearbeitet, Laser bearbeitet und/oder beschichtet.
Entsprechend einem bevorzugtem Einsatz der erfindungsgemäßen Walze weist die temperierbare Oberfläche im Betrieb eine Oberflächentemperatur zwischen 35°C und 350°C, vorzugsweise zwischen 70°C und 140°C oder 90°C bis 160°C und insbesondere zwischen 90°C und 140°C auf.
Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform des mehrwandigen Zylinders ist das Heiz- bzw. Kältemedium flüssig und/oder gasförmig und vorzugsweise aus einer Gruppe ausgewählt, welche Heißluft, Wasserdampf, Dampf, Wasser, Warmwasser, Heißwasser, Salzlösungen, Solen, flüssige Kohlenwasserstoffverbindungen, wie beispielsweise Alkohole, Glykole, Glycerin, Ester, Ketone, Fette oder Öle wie beispielsweise natürliche oder synthetische Öle, Mineralöl, Silikonöl, Thermoöl, niedrig schmelzende Metalle oder Metallegierungen mit Schmelztemperaturen unterhalb von 300°C, wie beispielsweise Galinstan, Cerrolow, Natrium-Kalium-Verbindungen, Woodsches Metall, Fieldsches Metall oder Bismutlegierungen, gasförmige und/oder flüssige Kohlenwasserstoffverbindungen oder Kombinationen hiervon aufweist.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Außendurchmesser des Zylinders insbesondere größer 1,4 m und kleiner 10 m bzw. größer 2,4 m und kleiner 6,6 m und vorzugsweise zwischen 3,4 m und 5,6 m. Ferner kann die Wandstärke des Außenmantels 1% bis 50%, vorzugsweise 5% bis 45% und insbesondere ca. 35% der Wandstärke des Innenmantels bzw. kann die Wandstärke des Außenmantels 0,02% bis 6%, vorzugsweise 0,03% bis 3% und insbesondere 0,04% bis 2,2% der des Außendurchmessers betragen. Alternativ kann die Wandstärke des Außenmantels auch 0,6% bis 2000% der Wandstärke des Innenmantels betragen.
Die Einspeisung und Abführung des Wärmemediums in die Strömungskanäle des erfindungsgemäßen Zylinders kann entsprechend einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform insbesondere axial, radial und/oder tangential erfolgen. Dabei kann auch zwischen der Zu- und Abführungsseite und der weiteren Seite des Zylinders unterschieden werden. Alternativ können ferner auch die Zuführung auf einer und die Abführung auf der anderen Seite erfolgen. Es können auch auf beiden Seiten Zu- und Abführungen gemeinsam angeordnet sein. Ferner kann das Wärmemedium im Gleichlaufprinzip, im Gegenlaufprinzip, Kreuzstromprinzip, als Einpasssystem, als Mehrpasssystem oder Kombination der vorgenannten geführt werden.
Darüber hinaus ist bei dampfbeheizten Zylindern in der Papier- und Kartonindustrie bekannt, dass sich diese an den nicht von der Bahn bedeckten Randbereichen stark aufheizen, weil dort keine bzw. keine ausreichende Wärmeabnahme vorliegt. Dies führt zu einer relativ starken Aufbombierung dieser Bereiche. Unter anderem aus diesem Grund liegt es im Sinn der vorliegenden Erfindung, die Einleitung des Wärememediums in einem Bereich vorzunehmen, wo die Materialbahn auf dem Zylinder anfängt und das Wärmeträgermedium nur in dem Bereich geführt wird, in dem die Warenbahn aufliegt. Damit müssen die Strömungskanäle nicht zwangsläufig bis zum Zapfen geführt werden, um dort das Wärmemedium einzuspeisen bzw. abzuführen. Die Verbindung zwischen Einspeisung und Abführung kann beispielsweise über Schläuche und/oder Rohrleitungen vom Zapfenboden erfolgen, so dass insbesondere der Zylinder nur im Bereich der Bahn beheizt wird. Auch kann über Verstelleinrichtungen die Beheizung auf unterschiedliche Warenbahnbreiten angepasst werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann berücksichtigt werden, dass sich ein entsprechender Zylinder unter Temperatureinfluss relativ stark verformt. Ausgehend hiervon liegt es im Sinn der vorliegenden Erfindung, dass der entsprechende Zylinder zum Beispiel warm geschliffen wird, um wenigstens die Randaufbombierung (thermische Aufbombierung) zu entfernen. Anschließend kann auch vorgesehen sein, dass entsprechende Zylinder nochmals aufgeheizt und warm gewuchtet werden.
Entsprechend einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, werden die Zapfenböden aus Stahl oder Stahlguß hergestellt, da hierdurch insbesondere die Dehnung der Bauteile beherrschbar ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch durch ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen mehrwandigen Zylinders zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von flächigen Materialbahnen gelöst, welches die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellung eines zylindrischen Außenmantels mit einer temperierbaren Oberfläche; Anordnen von wenigstens einem Strömungskanalabschnitt unterhalb der temperierbaren Oberfläche; Bereitstellen eines Verbindungsbereichs im Anschluss an die Innenseite des Außenmantels; Anordnen eines Innenmantels und dessen stoff-, form- und/oder kraftschlüssige Fixierung mit dem Außenmantel mittels dem Verbindungsbereich.
Unter der Bereitstellung eines zylindrischen Außenmantels mit einer temperierbaren Oberfläche wird im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden, einen Außenmantel zur Verfügung zu stellen auf welchen eine Materialbahn aufgeführt werden kann und ein direkter Transfer von thermischer Energie von einem Wärmemedium wie beispielsweise Wasserdampf über Strömungskanäle an die temperierbare Oberfläche und von dort dann auf die Materialbahn zur Trocknung derselbigen zu übertragen.
Die Bereitstellung eines konzentrisch in dem Außenmantel angeordneten Innenmantels ermöglicht, dass beispielsweise der Außenmantel hiervon konstruktiv getragen bzw. gestützt wird, womit die Bauform, Festigkeits- und Rundlaufeigenschaften eines Zylinders optimiert werden können. Alternativ kann der Innenmantel aber auch weitere Funktionen wie beispielsweise die Isolation der Strömungskanäle zum Innenraum des Zylinders oder aber auch ein entsprechendes Volumen zur Verbesserung der Biegesteifigkeit des Zylinders aufweisen.
Die Bereitstellung eines Verbindungsbereiches ermöglicht beispielsweise, dass der Zylinder konstruktiv verstärkt beispielsweise mit Armierungen und hierdurch mechanisch steifer ausgeführt werden kann und/oder dass in dem Verbindungsbereich Isolationsmöglichkeiten bestehen, womit thermische Energie effektiv auf die temperierbare Oberfläche konzentriert werden kann, wo die Energie zur Trocknung einer Materialbahn benötigt wird.
Alternativ kann ein Isolierbereich auch unabhängig von der Anordnung des Verbindungsbereichs vorgesehen sein und beispielsweise bei Aufschrumpfen und Löten bzw. Sintern des Außenzylinders auf den Innenmantel auf der Innenseite des Innenmantels zur Innenisolierung vorgesehen sein. Bei dieser Ausführungsform ist es dann insbesondere von Vorteil, dass die Strömungskanäle im Bereich der Außenseite des Innenmantels bzw. im Bereich der Innenseite des Außenmantels eingearbeitet sind und durch den Verbindungsprozess vollständig gebildet und zum Verbindungsbereich hin abgedichtet werden.
Die Verbindung des Außenmantels mit dem Innenmantel durch wenigstens eine stoffschlüssige Verbindung ermöglicht bei einem Antrieb des Zylinders wie beispielsweise über eine Zentrumsachse die Übertragung einer Rotation auf den Außenmantel des Zylinders. Eine Vielzahl der zuvor genannten Auswahl an Verbindungsmöglichkeiten ermöglicht eine gezielte Beeinflussung der Zylindereigenschaften wie beispielsweise Festigkeit, Steifigkeit, Gewicht, Laufzeit, etc.
Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die Innenseite des Außenmantels und/oder die Außenseite des Innenmantels ein Verbindungsmittel, wie beispielsweise ein Kleber oder Lot zur stoffschlüssigen Verbindung des Außenmantels mit dem Innenmantel im Verbindungsbereich aufgebracht.
Hierzu können insbesondere zur Verbesserung des Form- bzw. Stoffschlusses auch zusätzliche Rillen, Kanäle, Riefen und dergleichen vorgesehen sein.
Konstruktionsbedingt ist somit der Innenmantel von dem Außenmantel des Zylinders umgeben und beispielsweise das Verbindungsmittel vor der Ineinanderfügung zweier Zylinder schon aufgetragen und/oder wird nachdem die Zylinder ineinander ausgerichtet sind eingebracht.
Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Verbindungsmittel nach dem Zusammenfügen des Außen- und Innenmantels zur Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung z. B. durch Temperatur aktiviert.
Unter aktiviert im Sinne der vorliegenden Erfindung wird beispielsweise eine thermische, eine chemische, eine druckmechanische, eine strahlungsenergetische Aktivierung verstanden. Die Art der Aktivierung ist jeweils abhängig von der Verbindungsart und dem Verbindungsmittel, so kann beispielsweise bei einem Klebstoff bzw. Polymer als Verbindungsmittel das Verbindungsmittel mit Wärmezufuhr bzw. auch durch Zufuhr von Strahlungsenergie aktiviert werden und somit aushärten bzw. vernetzen und eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Außen- und Innenmantel herstellen. Bei Sinterverbindungen könnte die Aktivierung beispielsweise durch Temperaturerhöhung und anschließende Abkühlung erfolgen, bei einer Vulkanisation erfolgt eine Aktivierung beispielsweise unter dem Einfluss der Parameter Zeit, Temperatur und Druck.
Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Außenmantel auf den Innenmantel aufgeschrumpft oder angeschweißt. Ferner kann gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Verbindungsbereich auch durch den Innenmantel gebildet werden, wobei in diesem Fall der Innenmantel und der Verbindungsbereich vorzugsweise einstückig ausgebildet sind. Darüber hinaus ist es auch Gegenstand des Verfahrens, dass dieses in weiteren Ausführungsbeispielen Schritte wie die Bearbeitung der Oberfläche oder das Wuchten des Zylinders mit aufweist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen mehrwandigen Zylinders zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von flächigen Materialbahnen wird der erfindungsgemäße mehrwandigen Zylinder zur Herstellung von Papier, Pappe und/oder Karton und bevorzugt von wenigstens einseitig glatten Papier, Pappe und/oder Karton verwendet.
Weitere Aspekte der Erfindung, ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung mögliche Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen sowie den Ansprüchen. Es wird darauf hingewiesen, dass durch diese Beispiele Abwandlungen beziehungsweise Ergänzungen wie sie sich für den Fachmann unmittelbar ergeben mit umfasst sind. Darüber hinaus stellen die bevorzugten Ausführungsbeispiele keine Beschränkung der Erfindung dar, sodass Abwandlungen und Ergänzungen auch im Umfang der vorliegenden Erfindung liegen. Es zeigt:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines schematischen Wandaufbaus des erfindungsgemäßen mehrwandigen Zylinders;
2 ein alternatives Ausführungsbeispiel des Zylinders nach 1;
3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines schematischen Wandaufbaus des erfindungsgemäßen mehrwandigen Zylinders;
4 ein alternatives Ausführungsbeispiel des Zylinders nach 3;
5 ein drittes Ausführungsbeispiel eines schematischen Wandaufbaus des erfindungsgemäßen mehrwandigen Zylinders;
6 ein alternatives Ausführungsbeispiel des Zylinders nach 5;
7 Zusammengefügte Mantelbeispiele mit Isolierschicht und externer Heizung;
8 Systemskizze des erfindungsgemäßen mehrwandigen Zylinders mit innen liegendem Zapfen;
9 Systemskizze des erfindungsgemäßen mehrwandigen Zylinders mit außen und innen liegendem Zapfen;
10 Systemskizze des erfindungsgemäßen mehrwandigen Zylinders mit außen liegendem Zapfen;
11 Skizze für die seitliche Einspeisung bzw. Rückführung eines Wärmemediums;
12 Skizze für die radiale Einspeisung bzw. Rückführung eines Wärmemediums;
13 Detailansicht für die Ausformungsmöglichkeiten der Strömungskanäle;
14 Skizze einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines schematischen Wandaufbaus des erfindungsgemäßen mehrwandigen Zylinders. Dargestellt ist der Außenmantel 1 mit einer temperierbaren Oberfläche 3 und einem inneren Innenmantel 2. Zwischen der Innenseite des Außenmantels 1 und der Außenseite des Innenmantels 2 ist ein Verbindungsbereich 4 angeordnet, welcher beispielsweise als Isolier- und/oder Aussteifungsschicht schraffiert dargestellt ist. An der Außenseite des Innenmantels sind Steifen 7 und Kopfbolzen 9 angeordnet, welche beispielsweise auf den Innenmantel aufgeschweißt werden können. Der Verbindungsbereich 4 fixiert den Außen- 1 mit dem Innenmantel 2 kraft- und/oder stoffschlüssig. Zur Verfestigung der Verbindung und der Versteifung können weitere Steifen 7 und/oder Kopfbolzen 9 in den Verbindungsbereich 4 hineinragen. An der Innenseite des Außenmantels 1 sind Strömungskanäle 6 für ein Wärmemedium 5 angeordnet, die u. a. durch die Wandung 10 gebildet werden. Die Wandung 10 ist hierbei als Halbschale ausgebildet und mit der Innenseite des Außenmatels 1 fluiddicht verbunden. Thermische Energie kann beispielsweise über das Wärmemedium 5 in den Strömungskanälen 6 zugeführt werden und an den Außenmantel 1 insbesondere die temperierbare Oberfläche 3 übertragen. Mit der Funktion als Isolierschicht kann der Verbindungsbereich 4 die Übertragung der thermischen Energie an die temperierbare Oberfläche des Außenmantels fördern und Energieverluste vermindern.
2 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen mehrwandigen Zylinders, bei welchem die Steifen 7 und Kopfbolzen 9 sowohl an der Innenseite des Außenzylinders 1, als auch an der Außenseite des Innenmantels 2 angeordnet sind. Ferner sind die Strömungskanäle 6 für das Wärmemedium 5 in die Wandung des Außenmantels 1 in Form von halbrunden Nuten eingearbeitet, welche durch die Wandungen 11 fluiddicht gegenüber dem Verbindungsbereich 4 abgedeckt sind, sofern der Verbindungsbereich oder die Prozessparameter (z. B. Temperatur, Druck) dies erfordern. Alternativ kann auch der Verbindungsbereich 4 die Abgrenzfunktion übernehmen. Die Wandungen können hierbei einteilig oder mehrteilig ausgeführt werden. Die weiteren Komponenten des Zylinders entsprechen mit ihren Bezugszeichen im Wesentlichen den Ausführungen zu 1.
In 3 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen mehrwandigen Zylinders dargestellt, bei welchem der Außenzylinder 1 direkt mit dem Innenmantel 2 verbunden ist und die Strömungskanäle 6 als halbrunde Nuten in der Außenseite des Innenmantels 2 eingearbeitet sind. Durch das Zusammenführen der beiden Zylinder 1 und 2 werden die Strömungskanäle 6 fluiddicht abgedichtet. Dies kann beispielsweise durch Aufschrumpfen oder ein ähnliches Verfahren erfolgen. Auf der Innenseite des in 3 dargestellten Ausführungsbeispiels ist eine Isolierschicht 12 aufgebracht, um Energieverluste in den Innenraum des Zylinders zu reduzieren. Diese Isolierschicht ist für das dargestellte Beispiel optional.
4 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel des Zylinders entsprechend 3, bei welchem der wesentliche Unterschied die Anordnung der Strömungskanäle ist. So liegen in diesem Ausführungsbeispiel die Strömungskanäle 6 im Mantel des Außenzylinders 1, wo hingegen die wesentlichen Strömungskanalabschnitte in der 3 im Innenmantel 2 liegen.
5 und 6 zeigen ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen mehrwandigen Zylinders, bei welchem die Strömungskanäle 6 als Rohre ausgestaltet sind, die etwa hälftig im Außenmantel und zur anderen Hälfte im Verbindungsbereich 4 integriert sind. In 5 sind Verbindungselemente 9 und 7 sowohl vom Innenmantel 2, als auch auf der Innenseite des Außenmantels 1 vorgesehen. Der Verbindungsbereich 4 kann hierbei neben der Verbindungsfunktion zwischen äußeren und inneren Mantel auch eine Isolierfunktion und als Aussteifungsschicht verstanden werden. Insbesondere bei der Aussteifungsschicht dienen die Streifen 7 und die Kopfbolzen 9 zwischen dem Außen- und Innenmantel zur Verbesserung der Verbindung und ggf. auch zur Verbesserung der Biegesteifigkeit des Zylinders. Im Ausführungsbeispiel nach 6 sind diese Verbindungselemente nur auf der Außenseite des Innenmantels vorgesehen. Mit dem Bezugszeichen 5 ist das Wärmemedium, welches in den Strömungswegen fließen kann, bezeichnet.
7 stellt Beispiele für den unterschiedlichen Aufbau des Mantels, insbesondre mit Isolierung und externer Heizung dar. Dabei ist mit dem Bezugszeichen 12 eine externe Heizquelle, mit 1 der Außenmantel, mit 4 der Verbindungsbereich und mit 2 der Innenmantel bezeichnet. Dabei kann die Ausführung, in welcher die Strömungskanäle nicht dargestellt sind, die Isolierschicht sowohl in dem Verbindungsbereich 4 integriert, als auch als eigenständige Schicht 13 angeordnet sein. Ferner kann der Verbindungsbereich mit dem Innenmantel auch als Baueinheit ausgeführt sein, wie dies in den Bezugszeichen 4/2 bzw. 2/4 angedeutet ist.
Die 8 bis 10 zeigen Systemskizzen des erfindungsgemäßen mehrwandigen Zylinders mit unterschiedlich ausgeformten und angeordneten Zapfen bzw. dem hiermit verbundnen Deckel. Dabei zeigt 8 eine Version, bei welcher der Zapfen 22 und der hiermit verbundene Deckel 21 innen liegend in dem Mantel 20 des Zylinders angeordnet sind, wobei der Mantel entsprechend der vorliegenden Erfindung aus wenigstens zwei Wandungen – wie beispielsweise in den 1 bis 4 dargestellt – aufgebaut ist und die temperierbare Oberfläche 23 aufweist. Mittels der Zuleitung 24 (Strömungsrichtung entsprechend dem Pfeil 28) wird das heiße Wärmemedium über Strömungskanäle zugeführt und über die Leitung 25 und entsprechend in Richtung des Pfeiles 29 abgeführt. 9 zeigt eine alternative Lösung, bei welcher der Deckel 26 mit dem Zapfen 22 sowohl innen, als auch außen (seitlich) der Zylinderwandung 20 angeordnet ist. 10 zeigt schließlich die Version, bei welcher der Deckel 27 ausschließlich außen, d. h. seitlich zur Zylinderwandung 20 angeordnet ist. Die weiteren Bezugszeichen entsprechen im Wesentlichen den Ausführungen zu 8.
Die 11 und 12 zeigen Prinzipskizzen für die seitliche bzw. radiale Einspeisung des Wärmemediums in die Strömungskanäle. So wird über den Zapfen 22 und die Zuführungsleitung 28 heißes Wärmemedium in die Strömungskanäle 33 zugeführt und über die Leitung 29 abgeführt, wobei in 11 die zu- bzw. abführenden Leitungen seitlich z. B. im Bereich des Deckels 27 angeordnet sind und in 12 diese zu- bzw. abführende Leitungen 28 und 29 radial von innen mit den Strömungskanälen 33 verbunden sind. Die dargestellten Strömungskanäle sind in dieser Prinzipskizze axial dargestellt, wobei diese selbstverständlich auch radial, spiralförmig oder dergleichen angeordnet sein können. Mit den Bezugszeichen 30 ist der Außenzylinder und mit dem Bezugszeichen 31 der Innenmantel bezeichnet, die über den Verbindungsbereich 32 wenigstens stoffschlüssig, aber ggf. auch kraft- und/oder formschlüssig, insbesondere drehfest miteinander verbunden sind.
13 zeigt fünf verschiedene Ausführungsmöglichkeiten für die Strömungskanäle (welche auch nicht zwingend miteinander zu kombinieren sind), bei welchen diese teilweise (bei Fluidheizung) oder ganz (bei vollständiger externer Heizung) mit beispielsweise Isolationsmaterial aufgefüllt sein können. Dabei sind neben der Grundform der Strömungskanäle in dem Außenmantel 1 die ggf. vorgesehene Wandung 11, das Isoliermaterial 40 und das Heizmedium 5 schematisch dargestellt.
14 zeigt eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher an der Außenseite des einen zylinderförmigen Grundkörper bildenden Rohrbündels 54 eine Schweißlage 50 zur Bildung des Außenmantels und der temperierbaren Oberfläche 52 angeordnet ist. Dabei wird insbesondere mit der Schweißlage 50 eine Mantelstruktur erzeugt, welche nach entsprechender Bearbeitung die notwendige Oberflächenstruktur bereitstellt. Selbstverständlich liegt es auch im Sinn der vorliegenden Erfindung, dass auf die Außenseite der Schweißlage eine weiter Schicht oder Oberflächenstruktur ggf. auch ein weiterer Mantel aufgebracht wird.
Neben dem Rohrbündel 54 und der Schweißlage 50 zur Bildung des Außenmantels ist auf der Innenseite insbesondere zur Stabilisierung und/oder Versteifung der Zylinderstruktur wenigstens eine Ringsteife 53 angeordnet, welche gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere Rohre 51 des Rohrbündels 54 verbinden, jedoch nicht zwingend als vollflächiger zylinderförmiger Innenmantel ausgeführt sein muss. Bei entsprechender Dimensionierung des Rohrbündels 54 und deren Verbindung kann ggfls. auch auf die Ringsteife 53 verzichtet werden.

Claims

Mehrwandiger Zylinder zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von flächigen Materialbahnen, insbesondere ein Yankee-Zylinder, Trockenzylinder und/oder Heizzylinder, welcher einen Außenmantel (1, 30, 50) mit einer temperierbaren Oberfläche (3, 52) und einem Innenmantel (2, 31, 53) aufweist, wobei unterhalb der temperierbaren Oberfläche (3, 52) Strömungskanäle (6, 33) angeordnet sind, in welchen ein Wärmemedium (5) geführt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder einen Verbindungsbereich (4) zwischen der Innenseite des Außenmantels (1, 30, 50) und der Außenseite des Innenmantels (2, 31, 53) aufweist, welcher den Außenmantel und den Innenmantel stoffschlüssig fixiert.
Mehrwandiger Zylinder zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von flächigen Materialbahnen, gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenmantel (1, 30, 50) eine äußere Zone aufweist, welche zwischen 1,5 mm und 72 mm, insbesondere zwischen 5 mm und 15 mm stark ist und wenigstens Teile der temperierbaren Oberfläche (3, 52) einschließt.
Mehrwandiger Zylinder zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von flächigen Materialbahnen, gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Außenmantels (1, 30, 50) 0,6% bis 2000% der Wandstärke des Innenmantels (2, 31, 53) beträgt.
Mehrwandiger Zylinder zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von flächigen Materialbahnen, gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit des Außenmantels (1, 30, 50) größer ist als die Wärmeleitfähigkeit des Innenmantels (2, 31, 53).
Mehrwandiger Zylinder zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von flächigen Materialbahnen, gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenmantel (1, 30, 50) Kanäle, Rillen und/oder Bohrungen unterhalb der äußeren Zone des Außenmantels aufweist, welche mit der äußeren Oberfläche des Innenmantels (2, 31, 53) und/oder dem Verbindungsbereich Strömungskanäle (6) für ein Wärmemedium (5) bilden.
Mehrwandiger Zylinder zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von flächigen Materialbahnen, gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenmantel (2, 31, 53) Kanäle, Rillen und/oder Bohrungen innerhalb der äußeren Oberfläche aufweist, welche mit der inneren Oberfläche des Außenmantels (1, 30, 50) und/oder dem Verbindungsbereich (4) Strömungskanäle (6) für ein Wärmemedium bilden.
Mehrwandiger Zylinder zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von flächigen Materialbahnen, gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Randzone des Außenmantels (1, 30, 50) und/oder der Randzone des Innenmantels (2, 31, 53) und/oder im Bereich des Verbindungsbereichs (4) Strömungskanäle, insbesondere Strömungsrohre angeordnet sind.
Mehrwandiger Zylinder zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von flächigen Materialbahnen, gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (6) spiralförmig, radial, parallel radial und/oder achsparallel angeordnet sind und vorzugsweise einen Strömungsquerschnitt aufweist der aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche quadratisch, dreieckig, elliptisch, kreisförmig, parabelförmig, sowie Kombinationen hiervon umfasst.
Mehrwandiger Zylinder zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von flächigen Materialbahnen, gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Strömungskanäle (6, 33) des Zylinders eine Isolierung (13) vorgesehen ist.
Mehrwandiger Zylinder zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von flächigen Materialbahnen, gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die temperierbare Oberfläche (3, 52) veredelt, vorzugsweise gehärtet, verchromt, die Oberflächenporen verschlossen, Plasma bearbeitet, Laser bearbeitet und/oder beschichtet ist.
Mehrwandiger Zylinder zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von flächigen Materialbahnen, gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die temperierbare Oberfläche (3, 52) im Betrieb eine Oberflächentemperatur zwischen 35°C und 350°C, vorzugsweise zwischen 70°C und 140°C oder 90°C bis 160°C und insbesondere zwischen 90°C und 140°C aufweist.
Mehrwandiger Zylinder zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von flächigen Materialbahnen, gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenseite des Außenmantels (1, 30, 50) und/oder auf der Außenseite des Innenmantels (2, 31, 53) Verbindungselemente (7, 9) vorgesehen sind, welche vorzugsweise in den Verbindungsbereich (4) hineinragen.
Mehrwandiger Zylinder zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von flächigen Materialbahnen, gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (7, 9) aus einer Gruppe ausgewählt sind, welche Steifen, Schweißraupen, Bolzen, Kopfbolzen, Stege, Lamellen, Stifte, Hülsen, Nägel, Schrauben und/oder materialabtragende spanende oder abtragende Oberflächenbearbeitungen, wie z. B. Bohrungen, Senkungen, Einfräsungen, Schleifen, Sandstrahlen und umformende Bearbeitungsverfahren, wie z. B. eindrücken, biegen, verschieben und Kombinationen hieraus und dergleichen aufweist.
Mehrwandiger Zylinder zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von flächigen Materialbahnen, gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Fixierung mit einem Verfahren oder Material erfolgt, welches aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Kleben, Vulkanisieren, Sintern, Löten, Schweißen, Punktschweißen, Verfüllen, Vergießen, Verpressen, mineralische Vergussmassen, kunststoffbasierte Vergussmassen, Klebstoffe, Lote und/oder Polymerverbindungen insbesondere mit Armierungselemente wie natürliche, Kunststoff basierte, mineralische und/oder metallische Fasern und/oder Bewehrungen und Kombinationen hiervon und dergleichen und insbesondere der Verbindungsbereich (4) zwischen der Innenseite des Außenmantels und der Außenseite des Trägermantels eine Polymerverbindung aufweist die aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche neben Copolyester weitere Materialien wie zum Beispiel duro- und thermoplastische Kunststoff und insbesondere Polyphenylensulfid, Polypropylen, Poly-1-buten, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polymethyl-metaacrylat, Polyacrylnitril, Polystyrol, Polysulfon, Polyacetal, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat, Ionomere, Fluorkunststoff, Polyethylen, Polyamid, insbesondere ein teilaromatisches Polyamid, Polycarbonat, Polyester, Copolyester, Polyphenylenoxid, Polysulfon, Polyvinylacetal, Polyurethan, und chlorierter Polyether, Zellulosenitrat, Zelluloseacetat, Zelluloseether, Phenol-Harz, Harnstoff-Harz, Thioharnstoff-Harz, Melamin-Harz, Alkylharz, Allylharz, Silicon, Silikonkautschuk, Kautschuck, Polyimid, Polybenzimidazol, Epoxidharz, Casein-Kunststoff, Liquid Crystal Polymers (LCP), duroplastische Formmassen, vernetztes Polyurthan, Polyvinylchlorid, ungesättigtes Polyesterharz, faserverstärkte Kunststoffe, sowie Kombinationen hiervon und dergleichen oder Lot, Sintermaterial, sowie Kombinationen hiervon und dergleichen oder metallische, kunststoffbasierte oder mineralische Vergussmassen, Spritzguss geeignete Kunststoffe sowie Kombinationen hiervon und dergleichen umfasst.
Mehrwandiger Zylinder zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von flächigen Materialbahnen, gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmemedium (5) flüssig und/oder gasförmig ist und vorzugsweise aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche heiße Gase und Flüssigkeiten, insbesondere Heißluft, Wasserdampf, Dampf, Wasser, Warmwasser, Heißwasser, Salzlösung, Sole, flüssige Kohlenwasserstoffverbindungen, wie Alkohole, Glykole, Glycerin, Ketone, Ester, Fette oder Öl wie beispielsweise natürliche oder synthetische Öle, Mineralöl, Silikonöl, Thermoöl, niedrig schmelzende Metalle oder Metallegierungen mit Schmelztemperaturen unterhalb von 300°C, wie beispielsweise Galinstan, Cerrolow, Flüssigmetalle wie Natrium-Kalium-Legierungen, woodsches Metall, Fieldsches Metall oder Bismutlegierungen, gasförmige und/oder flüssige Kohlenwasserstoffverbindungen und/oder Kombinationen hiervon aufweist.
Mehrwandiger Zylinder zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von flächigen Materialbahnen, gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Zylinders größer 1,4 m und kleiner 10 m, insbesondere größer 2,4 m und kleiner 6,6 m ist und vorzugsweise zwischen 3,4 m und 5,6 m liegt und/oder die Wandstärke des Außenmantels (1, 30, 50) 0,015% bis 6%, vorzugsweise 0,03% bis 3% und insbesondere 0,04% bis 2,2% der des Außendurchmessers beträgt.
Mehrwandiger Zylinder zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von flächigen Materialbahnen, gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (4) auch den Innenmantel (2, 31, 53) bildet.
Mehrwandiger Zylinder zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von flächigen Materialbahnen, gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeisung und Abführung des Wärmemediums in die Strömungskanäle (6, 33) axial, radial und/oder tangential und/oder in einer Kombination aus axial, radial und/oder tangential erfolgt.
Mehrwandiger Zylinder zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von flächigen Materialbahnen, gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung der temperierbaren Oberfläche (3, 52) durch eine äußere Energiequelle (12) erfolgt oder unterstützt wird, die z. B. Induktion, Verbrennung, Heißluft, Heißdampf, Strahlung, Infrarot sein kann.
Verfahren zur Herstellung eines mehrwandigen Zylinders zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von flächigen Materialbahnen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19 mit den Schritten: – Bereitstellung eines zylindrischen Außenmantels (1, 30, 50) mit einer temperierbaren Oberfläche (3, 52) – Anordnen von wenigstens einem Strömungskanalabschnitt unterhalb der temperierbaren Oberfläche (3, 52); – Bereitstellen eines Verbindungsbereichs im Anschluss an die Innenseite des Außenmantels (1, 30, 50); – Anordnen eines Innenmantels (2, 31, 53) und stoffschlüssige Fixierung dessen mit dem Außenmantel (1, 30, 50) mittels dem Verbindungsbereichs (4);
Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Innenseite des Außenmantels (1, 30, 50) und/oder die Außenseite des Innenmantels (2, 31, 53) ein Verbindungsmittel zur stoffschlüssigen Verbindung des Außenmantels mit dem Innenmantel im Verbindungsbereich (4) aufgebracht wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel nach dem Zusammenfügen des Außen- und Trägermantels zur Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung z. B. durch Temperatur und/oder Druck, Reagenzien, Katalysatoren, Zeit und/oder Energie aktiviert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (4) ein Material gemäß Anspruch 14 als Verbindungsmittel aufweist, welches zur Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung aktiviert wird und sich somit verfestigt oder aushärtet.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenmantel (1, 30) auf den Innenmantel (2, 31) aufgeschrumpft oder angeschweißt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verbindungsbereich (4) der Innenmantel (2, 31, 53) gebildet wird und insbesondere der Innenmantel und der Verbindungsbereich einstückig ausgebildet sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenmantels (1, 30, 50) zur Einstellung der Wandstärke der äußeren Zone und oder zur Veredelung der Oberfläche bearbeitet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zylinder eine oder mehrere Wuchtmassen eingebracht werden.
Verwendung eines mehrwandigen Zylinders zur Trocknung und/oder mechanischen Behandlung von flächigen Materialbahnen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19 bei der Herstellung von Tissue, Papier, Pappe und/oder Karton und bevorzugt von Tissue und/oder wenigstens einseitig glattem Papier, Pappe und/oder Karton.